(57)【要約】  小型な電気機械変換素子及びそれを備えるアクチュエータを提供する。  電気機械変換素子２０は、伸縮部材２２と、駆動部材２３とを備えている。伸縮部材２２は、電圧が印加されることにより伸縮する。伸縮部材２２は、伸縮方向に平行な側面を有する。駆動部材２３は、伸縮部材２２の側面に設けられている。駆動部材２３は、伸縮部材２２の伸縮に伴って変位する。
2011065235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されることにより伸縮し、伸縮方向に平行な側面を有する伸縮部材と、
前記伸縮部材の側面に設けられており、前記伸縮部材の伸縮に伴って変位する駆動部材とを備える、電気機械変換素子。
【請求項２】
前記伸縮部材に対して前記伸縮方向の電圧を印加する第１及び第２の電極をさらに備える、請求項１に記載の電気機械変換素子。
【請求項３】
前記伸縮部材のうち、前記駆動部材が設けられている部分は、前記第１及び第２の電極により電圧が印加されることによって伸縮する伸縮部である、請求項２に記載の電気機械変換素子。
【請求項４】
前記伸縮部材は、前記第１及び第２の電極により電圧が印加されることによって伸縮する伸縮部と、前記第１及び第２の電極により電圧が印加された際に伸縮しない非伸縮部とを備えており、
前記駆動部材は、前記伸縮部と前記非伸縮部とに跨って設けられている、請求項２に記載の電気機械変換素子。
【請求項５】
前記伸縮部材は、前記伸縮方向に垂直な第１の方向と、前記伸縮方向と前記第１の方向との両方に垂直な第２の方向とに平行な第１及び第２の端面と、前記伸縮方向と前記第１の方向とに平行な第１及び第２の側面と、前記伸縮方向と前記第２の方向とに平行な第３及び第４の側面とを有する直方体状に形成されており、
前記第１及び第２の電極は、前記伸縮部材の前記第２の方向における両端部を除く部分において前記伸縮方向に対向するように前記伸縮部材内に設けられている、請求項２〜４のいずれか一項に記載の電気機械変換素子。
【請求項６】
前記駆動部材は、前記第１及び第２の側面のうちの少なくとも一方に設けられている、請求項５に記載の電気機械変換素子。
【請求項７】
前記駆動部材は、前記第３及び第４の側面のうちの少なくとも一方に設けられている、請求項５に記載の電気機械変換素子。
【請求項８】
前記駆動部材は、前記第１〜第４の側面のうちのひとつの側面に設けられている第１の駆動部材と、前記第１〜第４の側面のうち、前記ひとつの側面に対向する側面に設けられている第２の駆動部材とを含む、請求項５〜７のいずれか一項に記載の電気機械変換素子。
【請求項９】
前記駆動部材は、前記伸縮部材の前記伸縮方向における一方側の端部に設けられている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気機械変換素子。
【請求項１０】
前記伸縮部材の前記伸縮方向における他方側の端部は、固定部に接続される固定端部を構成している、請求項９に記載の電気機械変換素子。
【請求項１１】
前記伸縮部材の前記伸縮方向における他方側の端部に設けられている錘をさらに備える、請求項９または１０に記載の電気機械変換素子。
【請求項１２】
前記駆動部材は、前記伸縮方向において、前記伸縮部材が位置している領域内に位置している、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電気機械変換素子。
【請求項１３】
前記伸縮部材は、圧電体からなる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電気機械変換素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電気機械変換素子と、
前記駆動部材と接触し、前記伸縮部材が伸縮したときに前記駆動部材との間で発生する摩擦力により、前記電気機械変換素子に対して相対的に変位する被駆動部材とを備えるアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換素子及びそれを備えるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばカメラのオートフォーカス機構などに使用される小型のアクチュエータとして、下記の特許文献１などにおいて、圧電素子を用いた圧電アクチュエータが提案されている。図１４は、特許文献１に記載されている圧電アクチュエータの略図的側面図である。図１４に示すように、特許文献１に記載の圧電アクチュエータ１００は、圧電素子１０１を備えている。圧電素子１０１の一方側の端面１０１ａは、固定体１０２に接続されている。一方、圧電素子１０１の他方側の端面１０１ｂには、駆動軸１０３が接続されている。駆動軸１０３には、移動体１０４が摺動可能に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１１７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電アクチュエータ１００では、圧電素子１０１の伸縮によって、駆動軸１０３が変位する。その時に駆動軸１０３と移動体１０４との間で生じる摩擦力によって移動体１０４が駆動される。このため、高い駆動力を実現するためには、圧電素子１０１の伸縮のエネルギー効率を高める必要がある。よって、駆動軸１０３は、圧電素子１０１の伸縮が極力阻害されないように圧電素子１０１に接続されていることが好ましい。圧電アクチュエータ１００においては、圧電素子１０１において、圧電素子１０１の伸縮時に最も変形しにくい面である端面１０１ｂに駆動軸１０３が接続されている。【０００５】
しかしながら、圧電素子１０１の端面１０１ｂに駆動軸１０３を接続した場合、圧電アクチュエータ１００の伸縮方向に沿った長さが大きくなるという問題があった。【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型な電気機械変換素子及びそれを備えるアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電気機械変換素子は、伸縮部材と、駆動部材とを備えている。伸縮部材は、電圧が印加されることにより伸縮する。伸縮部材は、伸縮方向に平行な側面を有する。駆動部材は、伸縮部材の側面に設けられている。駆動部材は、伸縮部材の伸縮に伴って変位する。【０００８】
本発明に係る電気機械変換素子のある特定の局面において、電気機械変換素子は、伸縮部材に対して伸縮方向の電圧を印加する第１及び第２の電極をさらに備えている。この構成では、伸縮部材は、圧電縦効果によって伸縮する。従って、より大きな駆動力及び変位量を得ることができる。【０００９】
本発明に係る電気機械変換素子の他の特定の局面において、伸縮部材のうち、駆動部材が設けられている部分は、第１及び第２の電極により電圧が印加されることによって伸縮する伸縮部である。この構成では、電圧が印加されず、自発的伸縮を行わない非伸縮部を実質的に設ける必要がない。従って、電気機械変換素子をより小型化することができる。また、伸縮部を大きくすることができる。その結果、より大きな駆動力を実現し得る。【００１０】
本発明に係る電気機械変換素子の別の特定の局面において、伸縮部材は、第１及び第２の電極により電圧が印加されることによって伸縮する伸縮部と、第１及び第２の電極により電圧が印加された際に伸縮しない非伸縮部とを備えており、駆動部材は、伸縮部と非伸縮部とに跨って設けられている。この構成によれば、電気機械変換素子をより小型化することができる。また、伸縮部を大きくすることができる。その結果、より大きな駆動力を実現し得る。【００１１】
本発明に係る電気機械変換素子のさらに他の特定の局面において、伸縮部材は、伸縮方向に垂直な第１の方向と、伸縮方向と第１の方向との両方に垂直な第２の方向とに平行な第１及び第２の端面と、伸縮方向と第１の方向とに平行な第１及び第２の側面と、伸縮方向と第２の方向とに平行な第３及び第４の側面とを有する直方体状に形成されており、第１及び第２の電極は、伸縮部材の第２の方向における両端部を除く部分において伸縮方向に対向するように伸縮部材内に設けられている。【００１２】
本発明に係る電気機械変換素子のさらに別の特定の局面において、駆動部材は、第１及び第２の側面のうちの少なくとも一方に設けられている。第１及び第２の側面においては、第１の電極と第２の電極とが対向していない。このため、第１及び第２の側面の伸縮部材の伸縮時における第１及び第２の側面の変形量は小さい。よって、駆動部材を第１及び第２の側面のうちの少なくとも一方に設けた場合は、伸縮部材の伸縮が阻害され難い。従って、高い駆動効率を実現することができる。また、この構成では、第１及び第２の側面には、第１及び第２の電極のうち少なくとも一方は、露出していない。従って、駆動部材が導電性を有する場合であっても、駆動部材と伸縮部材との間を絶縁する必要はない。【００１３】
本発明に係る電気機械変換素子のまた他の特定の局面において、駆動部材は、第３及び第４の側面のうちの少なくとも一方に設けられている。この構成では、第１及び第２の側面に駆動部材を設ける必要が必ずしもないため、第１及び第２の電極からの配線の設計自由度が高くなる。【００１４】
本発明に係る電気機械変換素子のまた別の特定の局面において、駆動部材は、第１〜第４の側面のうちのひとつの側面に設けられている第１の駆動部材と、第１〜第４の側面のうち、ひとつの側面に対向する側面に設けられている第２の駆動部材とを含む。この場合、電気機械変換素子により被駆動部材をよりスムーズに駆動することができる。【００１５】
本発明に係る電気機械変換素子のさらにまた他の特定の局面において、駆動部材は、伸縮部材の伸縮方向における一方側の端部に設けられている。この構成によれば、より大きな駆動力を実現し得る。【００１６】
本発明に係る電気機械変換素子のさらにまた別の特定の局面において、伸縮部材の伸縮方向における他方側の端部は、固定部に接続される固定端部を構成している。この構成によれば、さらに大きな駆動力を実現し得る。【００１７】
本発明に係る電気機械変換素子のまたさらに他の特定の局面において、電気機械変換素子は、伸縮部材の伸縮方向における他方側の端部に設けられている錘をさらに備えている。この構成によれば、さらに大きな駆動力を実現し得る。【００１８】
なお、本発明において、「錘」とは、伸縮部材以上の比重を有する部材のことをいう。【００１９】
本発明に係る電気機械変換素子のまたさらに別の特定の局面において、駆動部材は、伸縮方向において、伸縮部材が位置している領域内に位置している。【００２０】
本発明に係る電気機械変換素子の異なる特定の局面において、伸縮部材は、圧電体からなる。【００２１】
本発明に係るアクチュエータは、上記本発明に係る電気機械変換素子と、被駆動部材とを備えている。被駆動部材は、駆動部材と接触し、伸縮部材が伸縮したときに駆動部材との間で発生する摩擦力により、電気機械変換素子に対して相対的に変位する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、伸縮部材の伸縮に伴って変位する駆動部材が伸縮部材の側面に設けられている。このため、電気機械変換素子の伸縮方向に沿った長さ寸法を小さくすることができる。また、駆動部材が伸縮部材の端面に設けられている場合とは異なり、本発明では、伸縮部材の端面に求められる、表面粗さ等の形状精度、清浄度などが低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る圧電アクチュエータの略図的断面図である。
【図２】図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態における電気機械変換素子の略図的斜視図である。
【図４】図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶにおける略図的断面図である。
【図５】図５は、図３の線Ｖ−Ｖにおける略図的断面図である。
【図６】図６は、第１の実施形態における電気機械変換素子の伸縮態様を説明するための略図的模式図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る圧電アクチュエータの略図的断面図である。
【図８】図８は、第３の実施形態における電気機械変換素子の略図的斜視図である。
【図９】図９は、第４の実施形態における電気機械変換素子の略図的断面図である。
【図１０】図１０は、第５の実施形態における電気機械変換素子の略図的平面図である。
【図１１】図１１は、第６の実施形態における電気機械変換素子の略図的平面図である。
【図１２】図１２は、第７の実施形態における電気機械変換素子の略図的側面図である。
【図１３】図１３は、第８の実施形態における電気機械変換素子の略図的側面図である。
【図１４】図１４は、特許文献１に記載されている圧電アクチュエータの略図的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に限定されない。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る圧電アクチュエータの略図的断面図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。
【００２６】
図１に示すように、圧電アクチュエータ１は、電気機械変換素子２０と、被駆動部材１０とを備えている。被駆動部材１０は、電気機械変換素子２０により駆動される部材である。
【００２７】
本発明においては、通常、被駆動部材と電気機械変換素子とのうちの一方の変位が規制されており、他方が変位する。被駆動部材と電気機械変換素子とのうちのどちらの変位が規制されていてもよい。例えば、被駆動部材の変位が規制されていてもよいし、電気機械変換素子の変位が規制されていてもよい。なお、本実施形態では、電気機械変換素子２０が固定されており、被駆動部材１０が変位する例について説明する。
【００２８】
また、被駆動部材または電気機械変換素子の変位を規制する方法も特に限定されない。例えば、被駆動部材または電気機械変換素子に錘を取り付けることによって被駆動部材または電気機械変換素子の変位を規制してもよい。また、例えば、被駆動部材または電気機械変換素子を固定部に接続することによって被駆動部材または電気機械変換素子の変位を規制してもよい。本実施形態では、電気機械変換素子２０の変位方向ｚの一方側の端面２２ｂが錘２１を介して、固定部５０に接続されることにより、電気機械変換素子２０の変位が規制されている。
【００２９】
なお、固定部５０は、例えば、圧電アクチュエータ１が搭載される装置の筐体や、筐体に固定されている部材などによって構成されている。
【００３０】
錘２１は、本発明において特に必須の部材ではないが、錘２１を設けることにより、被駆動部材１０をより効率的に変位させることができる。錘２１は、例えば、後述する伸縮部材２２以上の比重を有するものである限りにおいて特に限定されない。錘２１は、例えば金属や合金やセラミックスなどにより形成することができる。
【００３１】
図３は、第１の実施形態における電気機械変換素子の略図的斜視図である。図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶにおける略図的断面図である。図５は、図３の線Ｖ−Ｖにおける略図的断面図である。
【００３２】
次に、主として、図３〜図５を参照して、電気機械変換素子２０について詳細に説明する。
【００３３】
図３〜図５に示すように、電気機械変換素子２０は、伸縮部材２２と、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂとを備えている。伸縮部材２２は、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂにより、第３の方向ｚ方向の電圧が印加されることにより、第３の方向ｚに沿って伸縮する部材である。すなわち、伸縮部材２２は、圧電縦効果（ｄ３３モード）で伸縮する部材である。
【００３４】
本実施形態では、具体的には、伸縮部材２２は、圧電体により形成されている。圧電体の例としては、例えば、圧電セラミックが挙げられる。圧電セラミックの具体例としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系セラミックなどが挙げられる。
【００３５】
伸縮部材２２は、四角柱状に形成されている。ここで、「四角柱」には、角部及び稜線部の少なくとも一部が面取り状またはＲ面取り状に形成されている四角柱を含むものとする。すなわち、「四角柱」とは、一対の端面と、一対の端面に垂直な第１及び第２の側面と、第１及び第２の端面と第１及び第２の側面との両方に垂直な第３及び第４の側面とを有する立体物を意味している。
【００３６】
伸縮部材２２は、第１及び第２の端面２２ａ、２２ｂと、第１〜第４の側面２２ｃ〜２２ｆとを有する。第１及び第２の端面２２ａ、２２ｂのそれぞれは、第３の方向（伸縮方向）ｚに対して垂直な第１の方向ｘと、第３の方向ｚと第１の方向ｘとの両方に垂直な第２の方向ｙに沿って延びている。第１及び第２の側面２２ｃ、２２ｄのそれぞれは、第３の方向ｚ及び第１の方向ｘに沿って延びている。第３及び第４の側面２２ｅ、２２ｆのそれぞれは、第３の方向ｚ及び第２の方向ｙに沿って延びている。
【００３７】
伸縮部材２２の内部には、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂが設けられている。第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂは、伸縮部材２２に対して、第３の方向ｚの電圧を印加するためのものである。具体的には、本実施形態では、伸縮部材２２の内部において、複数の第１の内部電極２４ａと、複数の第２の内部電極２４ｂとが、第３の方向ｚに沿って交互に配置されている。各第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂは、第１及び第２の方向ｘ、ｙに平行である。第１の内部電極２４ａは、第２の側面２２ｄを除く、第１，第３及び第４の側面２２ｃ、２２ｅ、２２ｆに露出している。一方、第２の内部電極２４ｂは、第１の側面２２ｃを除く、第２〜第４の側面２２ｄ〜２２ｆに露出している。このため、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂは、伸縮部材２２の第２の方向ｙの両端部を除く部分において、第３の方向ｚに対向している。第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂは、伸縮部材２２の第２の方向ｙの両端部においては、第３の方向ｚに対向していない。すなわち、第１及び第２の側面２２ｃ、２２ｄにおいては、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂは第３の方向ｚに対向していない。
【００３８】
本実施形態では、第３の方向ｚにおいて、伸縮部材２２のほぼ全体に対して、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂにより電圧が印加されている。このため、伸縮部材２２のほぼ全体が、伸縮部を構成している。
【００３９】
図４に示すように、第１の側面２２ｃ上には、第１の外部電極２５ａが設けられている。第１の外部電極２５ａは、第１の内部電極２４ａに接続されている。第１の内部電極２４ａには、第１の外部電極２５ａを介して電圧が印加される。
【００４０】
一方、図３及び図４に示すように、第２の側面２２ｄ上には、第２の外部電極２５ｂが設けられている。第２の外部電極２５ｂは、第２の内部電極２４ｂに接続されている。第２の内部電極２４ｂには、第２の外部電極２５ｂを介して電圧が印加される。なお、図１，２及び後述の図７，１２，１３においては、描画の便宜上、第１及び第２の外部電極２５ａ、２５ｂの描画を省略している。
【００４１】
なお、第１及び第２の外部電極２５ａ、２５ｂの形状は、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂに接続されている限りにおいて特に限定されない。第１及び第２の外部電極２５ａ、２５ｂは、例えば、第１及び第２の側面２２ｃ、２２ｄの一部に設けられていてもよいし、全体に設けられていてもよい。
【００４２】
第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂ並びに第１及び第２の外部電極２５ａ、２５ｂの形成材料は、導電材料である限りにおいて特に限定されない。第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂ並びに第１及び第２の外部電極２５ａ、２５ｂは、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ，Ｐｄなどの金属や、上記金属の少なくとも１種以上を主成分として含む合金などにより形成されている。合金の具体例としては、例えば、ＡｇＰｄ合金やＮｉＣｒ合金などが挙げられる。また、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂ並びに第１及び第２の外部電極２５ａ、２５ｂは、複数の導電膜の積層体により構成されていてもよい。例えば、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂ並びに第１及び第２の外部電極２５ａ、２５ｂは、Ａｇ層と、ＮｉＣｒ層との積層体により構成されていてもよい。
【００４３】
第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂ並びに第１及び第２の外部電極２５ａ、２５ｂの形成方法も特に限定されない。第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂは、例えば、導電性ペーストをセラミックグリーンシート上に塗布し、焼成することにより形成してもよい。第１及び第２の外部電極２５ａ、２５ｂは、例えば、導電性ペーストを用いて形成してもよいし、スパッタ法や蒸着法などの薄膜形成方法により形成してもよい。また、第１及び第２の外部電極２５ａ、２５ｂは、例えば、めっきにより形成してもよい。
【００４４】
図１〜図４に示すように、圧電アクチュエータ１には、伸縮部材２２の伸縮によって変位する駆動部材２３が設けられている。駆動部材２３は、後に詳述するように、被駆動部材１０に摩擦力を付与することにより被駆動部材１０を駆動させるための部材である。このため、駆動部材２３は、摩擦部材ということもできる。
【００４５】
駆動部材２３は、伸縮方向である第３の方向ｚに平行な伸縮部の側面に設けられている。より具体的には、本実施形態では、駆動部材２３は、第１の駆動部材２３ａと、第２の駆動部材２３ｂとを含んでいる。第１の駆動部材２３ａは、第１の側面２２ｃに接続されている。第２の駆動部材２３ｂは、第１の側面２２ｃに対向する第２の側面２２ｄに接続されている。
【００４６】
第１及び第２の駆動部材２３ａ、２３ｂは、第３の方向ｚにおいて、伸縮部材２２の、錘２１を介して固定部５０に接続されている側ｚ２の端部とは反対側ｚ１の端部に設けられている。より具体的には、第３の方向ｚにおいて、第１及び第２の駆動部材２３ａ、２３ｂは、第３の方向ｚのｚ１側端と第１の端面２２ａとが同じ位置に位置するように設けられている。すなわち、第１及び第２の駆動部材２３ａ、２３ｂのｚ１側端が伸縮部材２２のｚ１側端に位置するように設けられている。このため、第１及び第２の駆動部材２３ａ、２３ｂは、伸縮方向である第３の方向ｚにおいて、伸縮部材２２が位置している領域内に位置している。
【００４７】
主として図３に示すように、本実施形態では、第１及び第２の駆動部材２３ａ、２３ｂのそれぞれは、直方体状に形成されている。但し、本発明において、駆動部材の形状は特に限定されない。駆動部材は、直方体以外の形状に形成されていてもよい。
【００４８】
また、本実施形態では、第１及び第２の駆動部材２３ａ、２３ｂが、第１の方向ｘにおいて、第１及び第２の側面２２ｃ、２２ｄの一方側端から他方側端にまで至るように形成されている。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明において、駆動部材は、伸縮方向と直交する方向において、伸縮部材の側面の一部にのみ設けられていてもよい。但し、駆動部材と被駆動部材との間に大きな摩擦力を発生させる観点からは、駆動部材は、伸縮方向と直交する方向において、伸縮部材の側面の一方側端から他方側端にわたって形成されていることが好ましい。
【００４９】
駆動部材２３の材質は、駆動部材２３と被駆動部材１０との間に摩擦力を発生させることができるものである限りにおいて特に限定されない。駆動部材２３は、例えば、カーボンや、金属、超硬などの合金などにより形成することができる。なかでも、駆動部材２３は、軽量であり、比較的柔らかいカーボンにより形成されていることがより好ましい。駆動部材２３は、カーボンの中でもカーボンファイバーにより形成されていることがさらに好ましい。カーボンファイバーは、軽量であると共に、弾性率が高く、かつ摩擦係数が良好であり、さらに、摩耗し難いためである。
【００５０】
また、駆動部材２３の伸縮部材２２に対する接続方法も特に限定されない。典型的には、駆動部材２３は、伸縮部材２２に対して接着剤により接続することができる。接着剤の具体例としては、エポキシ系接着剤等が挙げられる。また、駆動部材２３の接続に用いられる接着剤は、例えば、エネルギー硬化性樹脂であってもよい。エネルギー硬化性樹脂とは、熱線や光線などのエネルギー線が照射されることにより硬化する樹脂のことである。エネルギー硬化性樹脂には、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などが含まれる。
【００５１】
次に、図１及び図２を参照して、被駆動部材１０について説明する。被駆動部材１０は、電気機械変換素子２０の伸縮時の少なくとも一部の期間において駆動部材２３と接触し、伸縮部材２２が伸縮したときに駆動部材２３との間で発生する摩擦力により、電気機械変換素子２０に対して相対的に変位する部材である。
【００５２】
本実施形態では、被駆動部材１０は、互いに接続された第１及び第２の側壁部１０ａ、１０ｂを備えている。第１及び第２の側壁部１０ａ、１０ｂは、第２の方向ｙにおいて、電気機械変換素子２０を介在させて対向するように配置されている。第１及び第２の側壁部１０ａ、１０ｂは、駆動部材２３と接触する壁面１０ａ１，１０ｂ１を備えている。
【００５３】
なお、被駆動部材１０の材質は、駆動部材２３と被駆動部材１０との間に摩擦力を発生させることができるものである限りにおいて特に限定されない。被駆動部材１０は、例えば、カーボンや金属により形成することができる。
【００５４】
図６は、本実施形態における電気機械変換素子の伸縮態様を説明するための略図的模式図である。次に、主として図６を参照しながら、電気機械変換素子２０の動作について説明する。
【００５５】
上述のように、伸縮部材２２は、圧電縦効果で伸縮する部材である。このため、電気機械変換素子２０に電圧が印加されると、電気機械変換素子２０は、図６に示すように、伸縮方向である第３の方向ｚに沿って伸縮する。具体的には、図６においては、実線で示す電気機械変換素子２０Ａが、電圧が印加されていない状態の電気機械変換素子２０を示している。電気機械変換素子２０に電圧が印加されると、電気機械変換素子２０は、第３の方向ｚに伸長し、一点破線で示す、伸長状態の電気機械変換素子２０Ｂとなる。
【００５６】
本実施形態では、上述のような態様で電気機械変換素子２０が伸縮するときに、駆動部材２３と被駆動部材１０との間に摩擦力が発生する。この摩擦力により、被駆動部材１０が電気機械変換素子２０に対して相対的に変位する。
【００５７】
なお、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂ間に印加する電圧の波形は、特に限定されない。例えば、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂ間に矩形波の電圧を印加してもよいし、ノコギリ波形の電圧を印加してもよい。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態では、駆動部材２３が伸縮部材２２の側面２２ｃ、２２ｄに設けられている。このため、例えば、駆動部材が伸縮部材の固定側端面とは逆側の端面に設けられている場合よりも、電気機械変換素子２０の第３の方向ｚに沿った長さ寸法を小さくすることができる。
【００５９】
また、例えば、本実施形態のように駆動部材２３を伸縮部材２２の側面に設けた場合、駆動部材を伸縮部材の端面に設けた場合よりも落下衝撃等の衝撃に対する耐久性を向上することができる。
【００６０】
また、本実施形態では、伸縮部材２２は、圧電縦効果で伸縮する部材である。このため、例えば、伸縮部材がｄ３１モードで伸縮する部材である場合と比較して、より大きな駆動力を得ることができる。さらに、本実施形態では、複数の第１の内部電極２４ａと複数の第２の内部電極２４ｂとが第３の方向ｚに沿って交互に配置されている。すなわち、電気機械変換素子２０は、積層型の素子である。従って、さらに大きな駆動力を得ることができる。
【００６１】
また、本実施形態では、駆動部材２３は、第３の方向ｚにおいて、伸縮部材２２の固定側の端部とは逆側の端部に設けられている。このため、例えば、駆動部材２３が伸縮部材２２の第３の方向ｚにおける中央部などに設けられている場合と比較して、伸縮部材２２の伸縮時における駆動部材２３の変位量をより大きくすることができる。従って、さらに高出力な圧電アクチュエータ１を実現することができる。
【００６２】
また、本実施形態では、伸縮部材２２の実質的に全体が、自発的に変形する伸縮部とされている。このため、例えば、伸縮部材の一部を非伸縮部とし、残りを伸縮部とした場合よりも伸縮部材２２の変形量をより大きくできる。従って、さらに高出力な圧電アクチュエータ１を実現することができる。
【００６３】
ところで、伸縮部材２２の伸縮時において、伸縮部材２２の側面は、伸縮部材２２の端面と比べて変形量が大きい。このため、伸縮部材２２の側面に駆動部材２３を接続した場合、伸縮部材２２の伸縮が駆動部材２３によって阻害されるおそれがある。このことに鑑み、本実施形態では、第１及び第２の側面２２ｃ、２２ｄに第１及び第２の駆動部材２３ａ、２３ｂを接続している。第１及び第２の側面２２ｃ、２２ｄにおいては、第３の方向ｚにおいて第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂが相互に対向していないため、伸縮部材２２の伸縮時における第１及び第２の側面２２ｃ、２２ｄの変形量は小さい。従って、第１及び第２の側面２２ｃ、２２ｄに第１及び第２の駆動部材２３ａ、２３ｂが接続されることにより、伸縮部材２２の伸縮が駆動部材２３によって阻害されることが効果的に抑制される。その結果、圧電アクチュエータ１の高い駆動効率を実現することができる。
【００６４】
また、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂのうちの一方のみが露出している第１及び第２の側面２２ｃ、２２ｄに駆動部材２３を設けた場合は、駆動部材２３として導電性を有する導電部材を採用することが容易となる。導電性を有する駆動部材２３を採用した場合であっても、駆動部材２３と伸縮部材２２との間を絶縁する必要がないためである。
【００６５】
なお、本発明において、駆動部材を複数設ける場合、第１〜第４の側面のいずれに駆動部材を設けるかは特に限定されない。但し、例えば、本実施形態のように、２つ以上の駆動部材２３ａ、２３ｂを設ける場合、第１〜第４の側面２２ｃ〜２２ｆのうちの対向する２つの側面に駆動部材を設けることが好ましい。そうすることにより、電気機械変換素子２０により被駆動部材１０をよりスムーズに駆動することができる。
【００６６】
以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例や変形例について説明する。なお、下記の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
【００６７】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る圧電アクチュエータの略図的断面図である。
【００６８】
上記第１の実施形態では、電気機械変換素子２０が固定部５０に固定されており、被駆動部材１０が変位する例について説明した。但し、本発明はこの構成に限定されない。例えば図７に示すように、被駆動部材１０が固定部５０に固定されており、電気機械変換素子２０が変位するようにしてもよい。
【００６９】
（第３〜第５の実施形態）
図８は、第３の実施形態における電気機械変換素子の略図的斜視図である。図９は、第４の実施形態における電気機械変換素子の略図的断面図である。図１０は、第５の実施形態における電気機械変換素子の略図的平面図である。
【００７０】
上記第１の実施形態では、駆動部材２３が、伸縮部材２２の第１及び第２の側面２２ｃ、２２ｄのうちの少なくとも一方に設けられている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。駆動部材は、例えば、伸縮部材の第３及び第４の側面２２ｅ、２２ｆのうちの少なくとも一方に設けられていてもよい。
【００７１】
例えば、図８に示す例では、第１及び第２の駆動部材２３ａ、２３ｂが、第３及び第４の側面２２ｅ、２２ｆに設けられている。この場合、外部電極形成面である第１及び第２の側面２２ｃ、２２ｄに駆動部材が設けられていないため、第１及び第２の外部電極２５ａ、２５ｂへの配線の設計自由度を高めることができる。
【００７２】
また、例えば、図９に示す例では、第１及び第２の駆動部材２３ａ、２３ｂが、第２の側面２２ｄと第４の側面２２ｆに設けられている。この場合、例えば筐体の角部に伸縮部材２２を配置することが可能となる。よって、筐体を小型化することが可能となる。
【００７３】
第１、第２の実施形態（図１、図７）では、ｙ方向の摩擦力を与え、ｚ方向に変位する。この際、ｘ方向に変位させないためのガイドを設ける必要があり、２方向の支持構造が必要になる。図９に示す第４の実施形態では、４５度の角度で応力を加えることで、ｘ、ｙの両方向に摩擦力を与えることが可能であり、支持構造が簡便化される。例えば、本実施形態の電気機械変換素子がカメラモジュールのオートフォーカスのレンズ駆動などに応用される場合は、矩形の筺体に円状のレンズが配置されるため、小型化のためには筺体の角部（隅部）を有効に活用することが望ましい。図９の例では、伸縮部材を筺体の角部（隅部）に配置することが可能になり、筺体を小型化することが可能となる。
【００７４】
また、例えば、図１０に示す例では、第１〜第４の駆動部材２３ａ〜２３ｄが、第１〜第４の側面２２ｃ〜２２ｆに設けられている。なお、図１０に示す例では、第１〜第４の駆動部材２３ａ〜２３ｄがそれぞれ別体に設けられている。但し、第１〜第４の駆動部材２３ａ〜２３ｄは、一体に設けられていてもよい。
【００７５】
（第６の実施形態）
図１１は、第６の実施形態における電気機械変換素子の略図的平面図である。
【００７６】
上記第１の実施形態では、伸縮部材２２の実質的に全体が伸縮部とされており、その伸縮部に駆動部材２３が接続されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。
【００７７】
例えば、図１１に示す例では、伸縮部材２２に、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂが設けられており、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂにより電圧が印加されることによって自発的に伸縮する伸縮部２２Ａと、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂが設けられておらず、第１及び第２の内部電極２４ａ、２４ｂにより電圧が印加された際に自発的に伸縮しない非伸縮部２２Ｂとが設けられている。そして、駆動部材２３は、伸縮部２２Ａと非伸縮部２２Ｂとに跨って設けられている。この構成によれば、例えば、駆動部材２３を非伸縮部２２Ｂのみに対して設ける場合と比較して、アクチュエータを小型化することができる。
【００７８】
（第７の実施形態）
図１２は、第７の実施形態における電気機械変換素子の略図的側面図である。
【００７９】
上記第１の実施形態では、第１及び第２の駆動部材２３ａ、２３ｂは、第３の方向ｚにおいて、第１の端面２２ａに至るように形成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。
【００８０】
例えば、図１２に示すように、第１及び第２の駆動部材２３ａ、２３ｂは、第３の方向ｚにおいて、第１の端面２２ａから離間するように形成されていてもよい。
【００８１】
（第８の実施形態）
図１３は、第８の実施形態における電気機械変換素子の略図的側面図である。
【００８２】
上記第１の実施形態では、伸縮部材２２が錘２１に接続されており、さらに錘２１が固定部５０に接続されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。
【００８３】
例えば、図１３に示すように、伸縮部材２２を、棒状部材４０を介して錘２１に接続してもよい。このようにすることにより、電気機械変換素子２０の重心と駆動部材２３ａ、２３ｂとの間の第３の方向ｚにおける距離を長くすることができる。従って、より大きな駆動力を得ることができる。
【００８４】
また、例えば、錘２１を設けず、伸縮部材２２を固定部に直接接続してもよい。
【００８５】
また、例えば、錘２１は、固定部５０に接続されていなくてもよい。
【００８６】
（その他の変形例）
上記第１の実施形態では、伸縮部材２２が圧電体からなる場合について説明した。但し、伸縮部材２２は、電圧が印加されることにより伸縮するものであれば、圧電体からなるものに限定されない。
【符号の説明】
【００８７】
１…圧電アクチュエータ
１０…被駆動部材
１０ａ…第１の側壁部
１０ｂ…第２の側壁部
２０…電気機械変換素子
２０Ａ…収縮状態の電気機械変換素子
２０Ｂ…伸長状態の電気機械変換素子
２１…錘
２２…伸縮部材
２２Ａ…伸縮部材の伸縮部
２２Ｂ…伸縮部材の非伸縮部
２２ａ…第１の端面
２２ｂ…第２の端面
２２ｃ…第１の側面
２２ｄ…第２の側面
２２ｅ…第３の側面
２２ｆ…第４の側面
２３…駆動部材
２３ａ…第１の駆動部材
２３ｂ…第２の駆動部材
２３ｃ…第３の駆動部材
２３ｄ…第４の駆動部材
２４ａ…第１の内部電極
２４ｂ…第２の内部電極
２５ａ…第１の外部電極
２５ｂ…第２の外部電極
４０…棒状部材
５０…固定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2011065235.tif 000018
2011065235.tif 000019
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